螺桿泵井桿管偏磨影響因素分析與對(duì)策

孫鵬

摘 要：螺桿泵采油是一種先進(jìn)的采油工藝技術(shù)，在具體應(yīng)用的過(guò)程中，該技術(shù)具有質(zhì)量輕、尺寸小、地面設(shè)備簡(jiǎn)單、適應(yīng)粘度范圍較廣、投資費(fèi)用低、管理簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在各大油田的開(kāi)采過(guò)程中，得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。尤其是在當(dāng)前，伴隨著油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，螺桿泵采油的優(yōu)勢(shì)愈加明顯，已經(jīng)成為目前采油中最為常見(jiàn)的一種舉升方式。但其在應(yīng)用的過(guò)程中，受到多種因素的影響，不可避免地出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致螺桿泵出現(xiàn)桿斷、管漏等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了螺桿泵檢泵。

關(guān)鍵詞：螺桿泵;偏磨;原因;治理措施

伴隨著螺桿泵的廣泛應(yīng)用，其在應(yīng)用的過(guò)程中，受到多種因素的影響，常出現(xiàn)螺桿泵井偏磨的現(xiàn)象。基于此，必須要對(duì)其產(chǎn)生偏磨的原因進(jìn)行分析，應(yīng)提出針對(duì)性的處理措施。本論文以螺桿泵井偏磨為研究切入點(diǎn)，對(duì)其偏磨的原因和治理措施進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。

1.地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

螺桿泵通過(guò)驅(qū)動(dòng)方式的不同主要分為井下驅(qū)動(dòng)和地面驅(qū)動(dòng)兩種類(lèi)型。我們目前應(yīng)用比較多的就是地面螺桿泵。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的組成主要包括電控系統(tǒng)、地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、井下螺桿泵和配套工具等。井下螺桿泵的主要組成包括轉(zhuǎn)子和定子。定子俗稱(chēng)泵筒，主要起到耐油、抗腐蝕的作用，是一種合成橡膠精打磨而成，和鋼殼通過(guò)粘貼形成一體。轉(zhuǎn)子就是通過(guò)精加工、表面處理后的一種高強(qiáng)度螺桿。螺桿泵的工作原理主要是通過(guò)空腔排油，在轉(zhuǎn)子和定子之間形成一個(gè)密閉的腔室，腔室之間是不連通的，密閉的空腔在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候沿著軸的方向從吸入端向著排出端移動(dòng)，最后在排出端消失。隨著移動(dòng)，空腔內(nèi)的原油也都由吸入端移動(dòng)到排出端，同時(shí)在吸入端又會(huì)形成新的空腔，進(jìn)行循環(huán)工作。因此密閉的空腔經(jīng)過(guò)不斷的形成、移動(dòng)、消失，原油才能實(shí)現(xiàn)不斷的運(yùn)動(dòng)，保障井下的原油被不斷的吸入到井口位置。

2.螺桿泵井偏磨原因分析

地面螺桿泵在工作的時(shí)候是由電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)頭通過(guò)不斷的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)井下的螺桿泵進(jìn)行一起的轉(zhuǎn)動(dòng)。地面螺桿泵的運(yùn)動(dòng)形式和抽油機(jī)井的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)形式有所不同，因此地面螺桿泵采油桿管偏磨的原因也不同。

2.1舉升液體

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，常常受到流態(tài)變化的影響。由于不同油田的油層物性的影響，其液體流動(dòng)摩擦系數(shù)存在一定的差異。這就使得螺桿在采油系統(tǒng)中應(yīng)用的過(guò)程中，極容易受到液體流態(tài)的變化，產(chǎn)生一定的偏磨現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果顯示，螺桿泵在舉升液體的過(guò)程中，螺桿泵轉(zhuǎn)速越高，液體流動(dòng)所受到的摩擦阻力就越大，進(jìn)而導(dǎo)致其產(chǎn)生偏磨的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

2.2油層物性影響

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，還會(huì)受到油層物性的影響，出現(xiàn)不同程度的偏磨現(xiàn)象。以筆者所在的油田為例，該油田屬于中、低滲透油田，產(chǎn)出液含水較低、油稠。尤其是在注聚見(jiàn)效井中，伴隨著開(kāi)采出油液體濃稠度的增加，也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致螺桿泵偏磨的程度加深，并加快了其偏磨的速度。

2.3抽油桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，其理想的狀態(tài)是在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，桿柱必須要在中心軸線位置進(jìn)行自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但是其在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，受到螺旋桿泵本身結(jié)構(gòu)的影響，其轉(zhuǎn)子、定子之間常常出現(xiàn)一個(gè)偏心距，進(jìn)而使其在運(yùn)行的過(guò)程中，產(chǎn)生一定的離心力，促使桿柱偏離中心線的位置，進(jìn)而導(dǎo)致抽油桿與油管的內(nèi)壁之間產(chǎn)生一定的接觸和摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，出現(xiàn)偏磨的現(xiàn)象。在研究中發(fā)現(xiàn)，螺桿泵的偏心距通常在4.5-8.5mm之間，且泵型越大，偏心距越大，其桿柱偏離中心線的程度也會(huì)越大，并且其越為靠近轉(zhuǎn)子，偏心距的作用越為明顯，進(jìn)而使得桿柱的振動(dòng)更為強(qiáng)烈，使其更容易產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象。

2.4井筒中客觀存在的自然拐點(diǎn)

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，極容易受到井筒的影響。就目前而言，油田在鉆井開(kāi)采的過(guò)程中，其井筒的本身并非是完全直井段，在每一口井中都存在一定的個(gè)別拐點(diǎn)。另外，在開(kāi)采的過(guò)程中，地層能量也會(huì)出現(xiàn)一定的變動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)開(kāi)采處的地殼出現(xiàn)明顯的變化。在這種情況下，井筒長(zhǎng)期受到地殼變動(dòng)的而影響，就會(huì)使得原有的固井強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的受損現(xiàn)象，尤其是對(duì)于井筒強(qiáng)度薄弱的部位來(lái)說(shuō)，會(huì)導(dǎo)致其井筒出現(xiàn)變形，并形成新的拐點(diǎn)，致使其出現(xiàn)“S”結(jié)構(gòu)。如此一來(lái)，就會(huì)致使下入的螺桿產(chǎn)生變形，進(jìn)而導(dǎo)致其偏磨的現(xiàn)象。

3.螺桿泵井偏磨治理措施

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)螺桿偏磨的現(xiàn)象，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)桿斷、管漏等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了螺桿泵檢泵。因此，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)螺桿泵井的檢泵周期，必須要對(duì)其產(chǎn)生偏磨的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析。并在此基礎(chǔ)上，采取有效的治理措施，對(duì)其進(jìn)行治理。

3.1優(yōu)化抽油桿扶正器

螺桿泵在運(yùn)行的過(guò)程中，為了最大限度降低偏磨的發(fā)生率，最為直接的方法就是安裝抽油桿扶正器，并對(duì)其進(jìn)行合理布置，以防止螺桿泵桿管發(fā)生磨損的現(xiàn)象。根據(jù)抽油桿發(fā)生偏磨的位置多集中于抽油桿的中下部，可充分利用扶正器的方式，以將其偏磨的發(fā)生率。

在具體利用扶正器的過(guò)程中，可充分利用軸承式的扶正器。軸承式扶正器主要有短桿、內(nèi)襯滑動(dòng)軸承的扶正環(huán)共同組成。由于該扶正器具有較高的抗磨性能，通過(guò)其具體應(yīng)用，可可將摩擦位置集中于斷桿和扶正內(nèi)襯的滑動(dòng)軸承之間，進(jìn)而避免了偏磨的發(fā)生率;另一方面，為了最大限度發(fā)揮扶正器的作用，必須要對(duì)其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、位置等進(jìn)行優(yōu)化，以降低扶正器的硬度、擴(kuò)大扶正器內(nèi)徑與桿體接觸的摩擦力，進(jìn)而減少扶正器對(duì)桿管的磨損。

3.2優(yōu)化螺桿泵下泵參數(shù)

為了進(jìn)一步確保螺桿泵能夠高效、長(zhǎng)期的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行合理的而設(shè)置，以減輕輕桿、管磨損現(xiàn)象，進(jìn)而防止其在磨損的過(guò)程中，出現(xiàn)桿斷、脫落等現(xiàn)象。給予次，可以適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，在一定程度上延緩螺桿的磨損率。但是在降低轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，必須要明確降低幅度不宜過(guò)大，否則轉(zhuǎn)速太低就意味著其他的舉升參數(shù)出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。根據(jù)以往的研究結(jié)果顯示，當(dāng)螺桿泵的轉(zhuǎn)速在90r/min的時(shí)候，系統(tǒng)的耗能就會(huì)出現(xiàn)明顯的升高現(xiàn)象。

3.3合理控制沉沒(méi)度

在研究中發(fā)現(xiàn)，螺桿偏磨程度與沉沒(méi)度之間存在一定的關(guān)系，當(dāng)沉沒(méi)度在200m以?xún)?nèi)的時(shí)候，不利于螺桿的保護(hù)，容易導(dǎo)致其產(chǎn)生抽空燒泵的現(xiàn)象。因此，必須要將其沉沒(méi)度控制在最佳的范圍之間，以300-500m最為合理。

3.4優(yōu)化螺桿泵井配套工藝

首先，針對(duì)液體黏度、密度增大所導(dǎo)致的螺桿偏磨現(xiàn)象，可以在中和點(diǎn)的下部，入加重抽油桿，使得桿柱呈直線旋轉(zhuǎn)，以最大限度減少偏磨的發(fā)生率;其次，對(duì)于偏磨和腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的油井，可采用連續(xù)桿配套內(nèi)襯的方式進(jìn)行治理，以降低油流的阻力，進(jìn)而延緩偏磨的現(xiàn)象;最后，可充分利用變頻控制柜、軟啟動(dòng)控制柜的方式，對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的調(diào)整和控制，進(jìn)而達(dá)到延長(zhǎng)螺桿泵使用壽命的目的。

4.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

綜上所述，螺桿泵采油作為一種新型的舉升方式，在具體采油應(yīng)用的過(guò)程中，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，并已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是其在應(yīng)用的過(guò)程中，受到多種因素的影響，常常出現(xiàn)嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象，造成桿斷、脫落等現(xiàn)象，基于此，必須要針對(duì)其偏磨現(xiàn)象發(fā)生的原因，采取有針對(duì)性的防治措施，以最大限度降低偏磨的發(fā)生情況。

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